JP2004317237A

JP2004317237A - 測量装置

Info

Publication number: JP2004317237A
Application number: JP2003110262A
Authority: JP
Inventors: Fumio Otomo; 文夫大友; Ritsuo Senmura; 律雄先村
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】本発明の目的は、あらかじめ設置されている基準点を用いなくとも連続して地形、地物の測量作業を行うことができる測量装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の測量装置は、視準点までの距離を測定する測距機能と視準点に対する基準とする方向からの角度を測定する測角機能とを有する測量装置本体１２と、測量装置本体１２の据え付け点Ａの座標位置を求めるためのＧＰＳ装置１３と、視準点ａ３を含めて視準方向に存在する撮像対象物を撮像する撮像手段２８と、測量装置本体１２を一の据え付け点に据え付けて撮像された画像に含まれかつ測定対象となる視準点ａ３と測量装置本体１２を他の据え付け点Ｂに据え付けて撮像された画像に含まれかつ測定対象となる視準点ａ３とが同一のものに合致マークＳを表示するように画像処理する画像処理手段１７とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、あらかじめ設置されている基準点を用いなくとも連続して地形、地物の測量作業を行うことができる測量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子式の測角機能と光波による測距機能とを有する測量装置（トータルステーションという）を使用して、測量作業を行うものが知られている。
【０００３】
このものでは、例えば、図６に示すように、崖の地形の測定を行う場合、測量装置１の据え付け点Ａから予め設置されている三角点等の既知の二つの基準点Ｏ１、Ｏ２を視準し、二つの基準点Ｏ１、Ｏ２に対する方向と据え付け点Ａに対する二つの基準点Ｏ１、Ｏ２までの距離とを求め、これによりその据え付け点Ａの座標位置（Ｘ１、Ｙ１）を求め、また、既知の水準点から測量装置１の据え付け点Ａの標高Ｚ１を求める。
【０００４】
そして、視準点（測量したい地点）ａ１〜ａ３に測距・測角対象としてのコーナーキューブを設置するか又は作業員がポールを立てて、各測定地点ａ１〜ａ３を視準し、各測定地点ａ１〜ａ３の基準方向からの角度と測量装置１から各測定地点ａ１〜ａ３までの距離とを測定し、各視準点ａ１〜ａ３までの座標位置を求める。
【０００５】
ついで、測量装置１を据え付け点Ｂに据え付け、例えば、据え付け点Ａを視準し、その据え付け点Ａに対する角度と距離とを求めると共に、基準点Ｏ１を視準し、その基準点Ｏ１に対する角度と距離とを求めて、据え付け点Ｂの座標位置（Ｘ２、Ｙ２）を求める。また、水準点又は既知点Ａから測量装置１の据え付け点Ｂの標高Ｚ２を求める。
【０００６】
そして、同様の作業手順で、視準点ｂ１〜ｂ３の座標位置を求め、据え付け点Ｃ（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）についても、同様の作業手順で視準点ｃ１〜ｃ３の座標位置を求める。これを繰り返すことにより、連続して地形の測量作業が行われる。
【０００７】
建物の場合等の地物の測量作業の場合には、外観等の角部を視準することにより、地物の測量作業が行われる。
【０００８】
なお、測量装置１にはその測量装置本体にＧＰＳ装置を取り付けたものも知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００９】
また、コーナーキューブを用いなくとも測距を行うことができるいわゆるノンプリズムタイプの測量装置も開発されつつある。
【００１０】
【特許文献１】
特表平０３−５００３３４号公報
【特許文献２】
特開２０００−９７７０３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の測量装置では、既知点の基準点Ｏ１、Ｏ２を測量して測量装置の据え付け点Ａ、Ｂ、Ｃ、…の座標位置を求めなければならず、街中等では基準点を見つけ出すのが比較的容易であるが、郊外等では三角点標石が埋まっていたりして基準点を見つけ出すのが容易でなく、工事現場が山中の場合、基準点から据え付け点の座標を求めるための作業に時間がかかるという問題点がある。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、あらかじめ設置されている基準点を用いなくとも連続して地形、地物の測量作業を行うことができる測量装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の測量装置は、視準点までの距離を測定する測距機能と視準点に対する基準とする方向からの角度を測定する測角機能とを有する測量装置本体と、
測量装置本体の据え付け点の座標位置を求めるためのＧＰＳ装置と、
前記視準点を含めて視準方向に存在する撮像対象物を撮像する撮像手段と、
前記視準点を含めて視準方向に存在する撮像対象物を撮像する撮像手段と、
前記測量装置本体を一の据え付け点に据え付けて撮像された画像に含まれかつ測定対象となる視準点と前記測量装置本体を他の据え付け点に据え付けて撮像された画像に含まれかつ前記測定対象となる視準点とが同一のものに合致マークを表示するように画像処理する画像処理手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の測量装置は、前記ＧＰＳ装置で測定された測量装置本体の据え付け点の座標位置を記憶する記憶部を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の測量装置は、前記撮像手段はズーム機能を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の測量装置は、前記測量装置本体は、共通する視準点を測量地点とみなして、該測量地点における距離と角度とＧＰＳにより求められた据え付け点の座標位置とに基づき測量地点の座標位置を求める演算手段を有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１において、１０は測量装置である。この測量装置１０は三脚１１と測量装置本体１２からなる。測量装置本体１２にはここではＧＰＳ装置１３が一体に設けられているが、ＧＰＳ装置１３は測量装置本体１２と別体であっても良い。
【００１８】
その測量装置本体１２はベース部１４と托架部１５とを有する。托架部１５はベース部１４に対して水平方向に回動可能である。その托架部１５には望遠鏡部１６が垂直方向に回動可能に設けられている。
【００１９】
測量装置本体１２には、図２に示すように、制御演算部１７、測距部１８、水平駆動部１９、高低駆動部２０、水平角測角部２１、垂直角測角部（鉛直角測角部）２２、記憶部２３、操作・入力部２４、表示部２５が設けられている。測距部１８は制御演算部１７の制御指令に基づいて発光部２６を駆動させ、測距対象（ここでは、視準点）から反射された測距光を受光部２７により受光して測量装置１０から測距対象までの距離を取得する。ここでは、その測距部１８にはレーザ式の光波距離計が用いられ、測距対象位置にコーナキューブ等の設置を必要としなくとも測距を行うことができるいわゆるノンプリズムタイプのものが用いられる。
【００２０】
すなわち、発光部２６から測距光をパルス発光させ、このパルス発光が受光部２７に受光されるまでの時間差により距離が求められるもので、この距離の演算は制御演算部１７により行われる。
【００２１】
水平駆動部１９は演算制御部１７の制御指令に基づいて托架部１５を水平方向に回転駆動する。高低駆動部２０は望遠鏡部１６を垂直方向に回転駆動する。その駆動機構は公知であるので説明を省略する。なお、水平駆動部１９、高低駆動部２０は自動で測量を行う場合に有効であり、手動で行う場合には必要がない機構である。
【００２２】
水平角測角部２１、垂直角測角部２２は公知のロータとステータとからなるエンコーダにより構成されている。その水平角測角部２１により水平方向の角度が測定され、垂直角測角部２２により高低方向の角度が求められる。
【００２３】
制御演算部１７はＣＰＵを含み、操作入力部２４の制御指令その他に基づいて各種の制御を行う他、上述した演算の他に各種の演算を実行するものであり、所定事項が表示部２５に表示される。
【００２４】
記憶部２３にはデータ、後述する解析プログラムの他各種プログラムが記憶されている。
【００２５】
ＧＰＳ装置１３は制御演算部１７に接続され、制御演算部１７は人工衛星からの信号に基づいて解析プログラムにより据え付け点の座標位置を解析する。ここでは、ＧＰＳ装置１３には例えばＲＴＫ測位を行うものが用いられ、演算制御部１７はその解析プログラムによって、ＧＰＳ装置１３により得られたデータに基づいて据え付け点Ａの座標位置Ａ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を演算する。この座標位置Ａ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）はデータとして記憶部２３に記憶される。測量装置１０を据え付け点Ｂに移動させて据え付けたときも同様にして据え付け点Ｂの座標位置Ｂ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）が求められる。
【００２６】
測量装置本体１２には撮像手段２８が設けられている。その撮像手段２８の光学系は望遠鏡部１６に一体に組み込まれている。その撮像手段２８の光学系はズーム機能を有するのが望ましい。というのは、測量装置１０の据え付け点を順次移動させたときに、据え付け点から視準点までの距離が異なることに起因して表示部２５の画面に表示される景観画像の大きさが異なるのを修正する必要があるからである。
【００２７】
その画像データは画像処理手段としても機能する制御演算部１７により記憶部２３に測量データ（据え付け点Ａから視準点までの距離、基準方向に対する視準点の角度）と共に記憶される。
【００２８】
次に、図３を参照しつつ本発明の実施の形態に係わる測量装置を用いた測量方法を説明する。
【００２９】
まず、測量装置１０を据え付け点Ａに据え付けて、ＧＰＳ装置１３により得られた情報に基づいて、据え付け点Ａの座標位置（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を求め、記憶部２３に記憶させる。
【００３０】
ついで、望遠鏡部１６を例えば磁北方向を基準とする方向Ｄ１として設定する。次に、任意の又は測量する測量地点ａ１を視準し、基準とする方向Ｄ１からの水平角、高度角及び距離を測定する。同様に測定地点ａ１から測定地点ａ３までを測定する。このとき、撮像素子２８で視準方向の映像を取得する。なお、測量装置１０の望遠鏡部１６の倍率は３０倍前後であり、狭い範囲しか見ることができない。広い範囲を撮像するには、ズーム機構か別の広角の撮像装置を必要とする。
【００３１】
次に、測量装置１を据え付け点Ａから据え付け点Ｂに移し、同様に測量作業を行う。ＧＰＳ装置１３で据え付け点Ｂの座標位置Ｂ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求める。望遠鏡部１６を据え付け点Ａと同様に磁北方向を基準とする方向Ｄ１として、測定地点ｂ１から測定地点ｂ３までを測定する。磁北方向を基準とするので、据え付け点Ａにおける基準とする方向Ｄ１と据え付け点Ｂにおける基準とする方向Ｄ１とは必ずしも一致しない。
【００３２】
このとき、図４に示すように、視準点ｂ１方向の映像の中に測定地点ａ３があるように視準地点ｂ１を設定する。視準地点ｂ１の映像において、記憶部２３に記憶されている測定地点ａ３の映像データとのマッチングが行われる。倍率、輝度等が調整されてマッチングが完了すると、視準点ｂ１の映像の中での視準地点ａ３の位置が十字マークやポイントＳで示される。
【００３３】
通常、視準地点ｂ１は光学的な光軸中心である画面の中心に存在する。望遠鏡部１６の画角に応じた映像が撮像部（例えば、ＣＣＤ）２８に受光されるので、画面上の座標に基づき水平角、高度角の算出が可能である。ちなみに、測定地点ｂ１の座標は（０、０）である。
【００３４】
図１に示すように、測定地点ａ３に概略一致する位置、測定地点ｂ１を視準して角度と距離を測定することにより、測定地点ｂ１の画面上での測定地点ａ３の座標（Ｘａ、Ｙａ）と焦点距離とに基づいて、望遠鏡部１６の光軸中心からの水平角αａ３、高度角βａ３が得られる。
【００３５】
すなわち、Ｘａは高度角βａ３に相当し、Ｙａは水平角αａ３に相当する。
【００３６】
据え付け点Ｂから見た測定地点ｂ１の水平角及び高度角をα、βとすれば、据え付け点Ｂから見た測定地点（視準点）ａ３の地点の水平角及び高度角はα＋αａ３、β＋βａ３となる。据え付け点Ｂから測定地点ｂ１までの距離に基づいて、据え付け点Ｂから測定点ａ１までの距離の算出が可能となる。
【００３７】
据え付け点Ａ、据え付け点Ｂと測定地点ａ３の座標の確定から座標系（日本平面直角座標系）の基準とする方向が逆算され、座標系の基準方向が確定する。同様に、据え付け点Ｃ、Ｄと順次測量作業を行うことにより測量地点の画像付きの座標が確定する。
【００３８】
すなわち、据え付け点Ａの位置Ａ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、据え付け点Ｂの位置Ｂ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）はＧＰＳ装置１３により求まり、これは従来の基準点Ｏ１、Ｏ２等を用いて求められた据え付け点の座標位置に相当するものであり、据え付け点Ａから据え付け点Ｂまでの距離Ｋ３、据え付け点Ａから視準点ａ３までの距離Ｋ１、据え付け点Ｂから視準点ａ３までの距離Ｋ２が求まっているので、視準点ａ３の座標位置（Ｘ、Ｙ）は以下の公式によって求められる。なお、高さ方向については、式が複雑化するので、説明は省略する。
【００３９】
例えば、距離Ｋ、Ｋ１、Ｋ２が水平方向の距離を表すものとすると、図５に示すように、
（Ｋ１）^２＝（Ｘ１−Ｘ）^２＋（Ｙ−Ｙ１）^２
（Ｋ２）^２＝（Ｘ２−Ｘ）^２＋（Ｙ−Ｙ２）^２
ここで、距離Ｋ１、Ｋ２は測距により既知であり、座標位置（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）もＧＰＳ装置１３により求められて既知であるので、上記二個の連立方程式を用いて視準点ａ３の未知の座標位置（Ｘ、Ｙ）を求めることができる。
【００４０】
視準点ｂ３の座標位置についても、据え付け点Ｃに測量装置１０を据え付けてその座標位置Ｃ（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）をＧＰＳ装置１３により求め、以下、この測量作業を繰り返すことによって、地形測量、地物測量を行うことができる。
【００４１】
なお、光軸Ｏ１に対して視準点ａ３、ｂ３、…の位置がずれていたとしても、光軸Ｏ１に対する視準点ａ３、ｂ３、…の位置を表示部２５の画面上で特定できるので、視準点ａ３、ｂ３、…の位置は必ずしも光軸Ｏ１上に存在する必要はない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わる測量装置及び測量方法は、以上説明したように構成したので、あらかじめ設置されている基準点を用いなくとも連続して地形、地物の測量作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる測量装置の一例を示す説明図である。
【図２】図１に示す測量装置本体の概要を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わる測量装置による測量手順の一例を示す図である。
【図４】測定地点ｂ１の映像中に含まれている測定地点ａ３の一例を示す説明図である。
【図５】図３に示す視準点の座標位置を求める演算の一例を説明するための図である。
【図６】従来の測量装置による測量手順の一例を示す図である。
【符号の説明】
１２…測量装置本体
１３…ＧＰＳ装置
１７…制御演算部（画像処理手段）
Ａ、Ｂ…据え付け点
ａ３…視準点

Claims

視準点までの距離を測定する測距機能と視準点に対する基準とする方向からの角度を測定する測角機能とを有する測量装置本体と、
測量装置本体の据え付け点の座標位置を求めるためのＧＰＳ装置と、
前記視準点を含めて視準方向に存在する撮像対象物を撮像する撮像手段と、
前記測量装置本体を一の据え付け点に据え付けて撮像された画像に含まれかつ測定対象となる視準点と前記測量装置本体を他の据え付け点に据え付けて撮像された画像に含まれかつ前記測定対象となる視準点と同一のものに合致マークを表示するように画像処理する画像処理手段と、
を備えていることを特徴とする測量装置。
前記ＧＰＳ装置で測定された測量装置本体の据え付け点の座標位置を記憶する記憶部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
前記撮像手段はズーム機能を有することを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
前記測量装置本体は、共通する視準点を測量地点とみなして、該測量地点における距離と角度とＧＰＳにより求められた据え付け点の座標位置とに基づき測量地点の座標位置を求める演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測量装置。